黃金林，李 青，陸金馳，唐貴和

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 廣州510640）

0 引言

混凝土路面由于經(jīng)濟(jì)、舒適及耐久性好而得到廣泛的工程應(yīng)用，但這種材料阻斷了水和氣與路基土體之間的聯(lián)系，從而帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題［1-5］。為了解決混凝土路面的不利影響，人們考慮用透水混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土作為路面材料，并在人行道、公園、停車場(chǎng)等場(chǎng)地開展了工程應(yīng)用和推廣。由于水與氣能通過透水混凝土滲入地下土體，可有效地緩解雨水內(nèi)澇和其他生態(tài)環(huán)境的不利影響，但透水混凝土的多孔結(jié)構(gòu)特性也造成了混凝土強(qiáng)度低、耐久性差的問題，從而制約了透水混凝土在城市路面的工程應(yīng)用。為解決這一矛盾，研究人員對(duì)混凝土的骨料及級(jí)配、水膠比、設(shè)計(jì)孔隙率等方面進(jìn)行了研究［6-10］；徐仁崇等人［11］對(duì)成型方式進(jìn)行研究；Jiang 等人［12］對(duì)摻入玄武巖纖維進(jìn)行了研究。為配制抗壓強(qiáng)度大于30 MPa，透水系數(shù)大于1.0 mm/s 的透水混凝土的材料及設(shè)計(jì)方法［13，14］，本文提出在透水混凝土中摻入硅灰和鋼纖維，為今后在工程中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

本試驗(yàn)選用普通硅酸鹽水泥P.O42.5R；選用的硅灰SiO2含量大于94%。粗骨料選用粒徑為5～10 mm的單一級(jí)配的輝綠巖骨料，表觀密度為2 900 kg/m3，堆積密度為1 750 kg/m3。聚丙烯纖維密度為910 kg/m3，當(dāng)量直徑為31.2 μm，長(zhǎng)度19 mm，拉伸強(qiáng)度為565 MPa。選用活性成分大于90%的QS-8020 聚羧酸高效減水劑。

1.2 配合比及成型

根據(jù)前期研究［13］，粗骨料為5～10 mm 的輝綠巖透水混凝土最優(yōu)配合比為：水膠比0.25，目標(biāo)孔隙率18%。本文研究的硅灰設(shè)計(jì)摻量為水泥量的3%、6%、9%；聚丙烯纖維0.5%、1.0%、1.5%。采用壓制成型，成型壓力為1.5 MPa。混凝土試件經(jīng)過24 h 成型后，脫模，放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 d，再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 聚丙烯纖維透水混凝土

在普通透水混凝土基礎(chǔ)上摻入體積摻量為0.5%、1.0%、1.5%的聚丙烯纖維，得到聚丙烯纖維透水混凝土的力學(xué)性能和滲透系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

相比普通透水混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，摻入聚丙烯纖維的透水混凝土強(qiáng)度會(huì)降低，當(dāng)聚丙烯纖維摻量分別為0.5%、1.0%、1.5%時(shí)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度分別降低12.3%、6.1%、19.0%。相比普通透水混凝土的滲透系數(shù)，摻入丙烯纖維摻量的透水混凝土的滲透系數(shù)會(huì)增加，當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.5%、1.0%、1.5%時(shí)，透水混凝土的滲透系數(shù)分別增加36.4%、61.8%、71.1%。綜合上述，聚丙烯纖維的透水混凝土最佳聚丙烯纖維摻量為1.0%，此時(shí)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度為30.8 MPa，滲透系數(shù)為2.80 mm/s。造成這一現(xiàn)象的主要原因是摻入混凝土的聚丙烯纖維相當(dāng)于混凝土中的加筋，但由于聚丙烯纖維是一種低彈模材料，變形較大，纖維承擔(dān)的荷載并不大，并且透水混凝土中沒有或很少細(xì)骨料填充，導(dǎo)致纖維與混凝土并不能有效粘結(jié)，受力較大時(shí)，纖維和混凝土容易脫開，混凝土中纖維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)能有效增加滲透通道，摻入聚丙烯纖維對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度效果不明顯，但對(duì)混凝土的滲透性有利。

圖1 聚丙烯纖維透水混凝土試驗(yàn)Fig.1 Effect of Polypropylene Fibers on Pervious Concrete

2.2 硅灰透水混凝土

硅灰對(duì)透水混凝土強(qiáng)度和滲透系數(shù)的影響如圖2所示，透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨著硅灰摻量的增加而增加，透水系數(shù)隨硅灰摻量增加先增大后減小，當(dāng)硅灰摻量為6%時(shí)達(dá)到最大。這主要是因?yàn)楣杌沂且环N顆粒細(xì)小的火山灰活性粉末，與普通硅酸鹽水泥相比，更有利于硅灰中SiO2與水化時(shí)析出的Ca（OH）2化合，減少了漿體中Ca（OH）2的含量，生成C-S-H 凝膠，提高強(qiáng)度。其次硅灰小顆粒的填充作用改善了漿體的界面結(jié)構(gòu)。當(dāng)硅灰摻量過大時(shí)，混凝土拌和料過大的流動(dòng)性造成多余的漿體向下流動(dòng)，聚集在試件底部，堵塞了透水混凝土的滲透通道，減小了其滲透性。

2.3 雙摻聚丙烯纖維和硅灰的透水混凝土

圖2 硅灰透水混凝土性能Fig.2 Effect of Silica Fume on Pervious Concrete

雙摻聚丙烯纖維（0.5%、1.0%、1.5%）和硅灰（3%、6%、9%）的透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)如圖3所示。相同條件下，硅灰摻量越高，抗壓強(qiáng)度越高，而摻入聚丙烯纖維對(duì)強(qiáng)度不利，聚丙烯纖維透水混凝土強(qiáng)度會(huì)降低，但聚丙烯纖維摻量為1.0%的透水混凝土降低幅度最小。相對(duì)于普通透水混凝土，雙摻1%聚丙烯纖維和3%、6%和9%硅灰的透水混凝土立方體抗壓強(qiáng)度分別增加1.5%、7.8%和26.2%；滲透系數(shù)分別增加98.3%、63.6%、50.9%。考慮到對(duì)抗壓強(qiáng)度和透水性的綜合影響，雙摻聚丙烯纖維和硅灰時(shí)，最優(yōu)摻量為聚丙烯纖維1.0%、硅灰為6%，透水混凝土抗壓強(qiáng)度為35.4 MPa 滲透系數(shù)為2.76 mm/s，透水混凝土力學(xué)性能較好且透水性也滿足大于1 mm/s的要求。

圖3 雙摻聚丙烯纖維和硅灰透水混凝土Fig.3 Effect of Double-mixed Polypropylene Fiber and Silica Fume on Pervious Concrete

3 結(jié)論

對(duì)粒徑為5～10 mm 的輝綠巖骨料，水膠比0.25、設(shè)計(jì)孔隙率18%的透水混凝土，通過摻入聚丙烯纖維和硅灰，透水混凝土得出如下結(jié)論：

⑴單摻聚丙烯纖維的透水混凝土最佳摻量為1.0%，其抗壓強(qiáng)度為30.8 MPa，滲透系數(shù)為2.80 mm/s。

⑵單摻硅灰的透水混凝土最優(yōu)摻量為6.0%，其抗壓強(qiáng)度為36.4 MPa，滲透系數(shù)為3.02 mm/s。

⑶雙摻聚丙烯纖維和硅灰的透水混凝土最優(yōu)摻量為聚丙烯纖維1.0%，硅灰6.0%，其抗壓強(qiáng)度為35.4 MPa，滲透系數(shù)為2.76 mm/s。